CN106741756A - 基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统，包括水面控制台、可吸附在桩柱上的水下作业机器人，所述水下作业机器人一侧设置有放置柔性绑带的缆盒，另一侧设置有用于拉紧所述柔性绑带的绞缆机构，还包括带缆水下机器人，所述带缆水下机器人前端设置有用于夹持柔性绑带的机械手，所述水面控制台与水下作业机器人及带缆水下机器人信号连接，用于控制水下作业机器人及带缆水下机器人动作。本发明大幅提高水下作业机器人定位能力及作业效率，以及有效地克服了机器人“动力定位”形式能耗高、因机器人位置抖动机械手对准目标困难而导致作业效率低的问题。

Description

基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统
技术领域
本发明涉及水下作业机器人定位技术领域，尤其涉及一种基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统，是一种具有双机器人协同作业能力的水下智能机器人定位系统。
背景技术
面对海洋活动和海洋作业需求，水下机器人的应用日益获得重视，如已经广为使用水下机器人的海洋油气采矿业。不可忽视，作业的水下机器人常以零浮力状态处于水环境中，以多个矢量布置螺旋桨的推力使其克服海流力、波浪力、作业反作用力而动态定位于水下。相较位于地面作业设备的定位，水下机器人的动力定位的位置精度差得多，并容易在外载荷的变化下破坏平衡而大幅偏离动态定位位置，使得精确作业难度大幅提高、或作业效率大幅下降。事实是现有的水下机器人由于成本高、定位作业经济效益差、投资回收期长束缚了其大规模商业化应用。
海洋油气平台是水下机器人应用最多行业，其常常具有桩柱形结构，作业时水下机器人除了上述动力定位形式，还有通过真空吸盘或磁吸盘固定于桩柱的方式定位。真空吸盘或磁吸盘固定于桩柱的定位方式限于附着力，定位可靠性不高，影响了精确作业并降低作业效率及安全性。目前水下机器人水中定位研究主要集中在动力定位形式。本技术方案通过基于辅助水下机器人带缆捆绑另一水下机器人于桩柱的定位方式，大幅提高定位可靠性，从而提高了作业精确性、作业效率及作业安全性。本技术采用双机器人在水环境中协同作业，技术难度高但技术发展前景广，因而具有较大的推广空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双机器人协同作业能力的水下智能机器人系统，其采用一台水下机器人带缆捆绑另一台水下机器人于桩柱的定位技术方式，实现水下机器人三维姿态定位。该技术将有效解决现有水下机器人动力定位、真空吸盘或磁吸盘形式存在的定位可靠性不高、难以精确作业并作业效率及安全性低等技术难题。
本发明的技术方案如下：
基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统，包括水面控制台、可吸附在桩柱上的水下作业机器人，所述水下作业机器人一侧设置有放置柔性绑带的缆盒，另一侧设置有用于拉紧所述柔性绑带的绞缆机构，还包括带缆水下机器人，所述带缆水下机器人前端设置有用于夹持柔性绑带的机械手，所述水面控制台与水下作业机器人及带缆水下机器人信号连接，用于控制水下作业机器人及带缆水下机器人动作。
进一步地，所述柔性绑带的自由端及绞缆机构上设置有相匹配的快速连接装置。
进一步地，所述的水下作业机器人包括用于吸附桩柱的吸附装置、矢量布置的若干螺旋桨、液压六自由度关节机械手、照明灯、CCD摄像头及水下定位系统。
进一步地，所述的螺旋桨的数量为六个。
进一步地，所述的带缆水下机器人包括矢量布置的若干螺旋桨、电动两自由度关节机械手、照明灯、CCD摄像头及水下辅助定位系统。
进一步地，所述的螺旋桨的数量为四个。
进一步地，所述的柔性绑带为尼龙绑带。
进一步地，所述的水下辅助定位系统为短基线水声定位系统。
进一步地，所述的吸附装置为真空吸盘或磁吸盘。
进一步地，所述的水面控制台包括工控机、机械手作业控制面板，所述机械手作业控制面板用于控制机械手动作；所述工控机用于控制机器人移动和定位。
相比现有技术，本发明的有益效果是：本技术方案通过基于辅助水下机器人带缆捆绑另一水下机器人于桩柱的定位方式，大幅提高定位可靠性，从而提高了作业精确性、作业效率及作业安全性，很好地解决解决了水下机器人作业难题，特别适合于桩柱条件下作业的实际情况。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的原理示意图。
图中：1.水下作业机器人、2.螺旋桨、3.绞缆机构、4. 液压六自由度关节机械手、5.尼龙绑带、6. 带缆水下机器人、7.桩柱、8. 电动2自由度关节机械手、9-缆盒。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1和图2所示，基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统，包括水面控制台、可吸附在桩柱7上的水下作业机器人1，所述水下作业机器人1一侧设置有放置尼龙绑带5的缆盒9，另一侧设置有用于拉紧所述尼龙绑带5的绞缆机构3，还包括带缆水下机器人6，所述带缆水下机器人6前端设置有用于夹持柔性绑带的机械手，所述水面控制台与水下作业机器人1及带缆水下机器人6信号连接，用于控制水下作业机器人1及带缆水下机器人6动作。
所述尼龙绑带5的自由端及绞缆机构3上设置有相匹配的快速连接装置，如在尼龙绑带5的自由端设置缆钩，在绞缆机构3上设置拉环等。
所述的水下作业机器人1包括用于吸附桩柱7的真空吸盘、矢量布置的六个螺旋桨2、液压六自由度关节机械手4、照明灯、CCD摄像头及短基线水声定位系统。矢量布置的六个螺旋桨2可以方便灵活的实现水下作业机器人1各个方向的移动。
所述的带缆水下机器人6包括矢量布置的四个螺旋桨2、电动两自由度关节机械手8、照明灯、CCD摄像头及短基线水声定位系统。矢量布置的四个螺旋桨2可以方便灵活的实现带缆水下机器人6各个方向的移动，电动两自由度关节机械手8可准确实现对尼龙绑带5的抓取和释放。
所述的短基线水声定位系统，具有技术成熟、定位精度高，尺寸小、使用方便的特点，可快速准确的获取水下机器人的位置，为系统定位提供必要的技术参数。照明灯和CCD摄像头通过视觉反馈提供位置信息辅助引导，进一步提高机器人的移动位置精度。
所述的水面控制台包括工控机、机械手作业控制面板，所述机械手作业控制面板用于控制机械手动作；所述工控机用于控制机器人移动和定位。
如图所示的机器人系统由2台水下机器人组成：水下作业机器人1和带缆水下机器人6，2台机器人协作方式可以根据不同的定位，依托对象约束设计要求进行设计。
工作时，当水下作业机器人1移动至预定工作区域后，水下作业机器人1通过其真空吸盘吸附在桩柱7上，同时，带缆水下机器人6在所述水面控制台的控制下，移动至水下作业机器人1的缆盒9处，接着其前端的电动两自由度关节机械手8抓住尼龙绑带5自由端的缆钩，并在其矢量布置的4个螺旋桨2的驱动下携带尼龙绑带5从水下作业机器人1 的缆盒9处绕桩柱7移动至其另一侧，最后将尼龙绑带5自由端的缆钩固定在绞缆机构3的拉环上，绞缆机构3进行绞缆拉紧尼龙绑带5，使得水下作业机器人1贴面附着于桩柱7上。此时，水下作业机器人1的液压六自由度关节机械手4就可在所述机械手作业控制面板的控制进行相应的水下作业了。
本实施例的水下作业机器人1通过真空吸盘及尼龙绑带5附着在桩柱7上，以克服液压机械手动作的反作用力，解决了类似设备水下作业时真空或磁吸附失效的问题，水下作业机器人1附着方式增加缆捆绑功能作为定位能力补充或备份，提高了定位可靠性和稳定性，从而提高了作业精确性、作业效率及作业安全性，有效地克服了机器人“动力定位”形式能耗高、因机器人位置抖动机械手对准目标困难而导致作业效率低的问题。本实施例采用双机器人在水环境中协同作业，技术发展前景广，因而具有较大的推广空间。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于辅助机器人带缆捆绑桩柱的水下作业机器人定位系统，包括水面控制台、可吸附在桩柱(7)上的水下作业机器人(1)，其特征在于：所述水下作业机器人(1)一侧设置有放置柔性绑带的缆盒(9)，另一侧设置有用于拉紧所述柔性绑带的绞缆机构(3)，还包括带缆水下机器人(6)，所述带缆水下机器人(6)前端设置有用于夹持柔性绑带的机械手，所述水面控制台与水下作业机器人(1)及带缆水下机器人(6)信号连接，用于控制水下作业机器人(1)及带缆水下机器人(6)动作。
2.根据权利要求1所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述柔性绑带的自由端及绞缆机构(3)上设置有相匹配的快速连接装置。
3.根据权利要求1所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的水下作业机器人(1)包括用于吸附桩柱(7)的吸附装置、矢量布置的若干螺旋桨(2)、液压六自由度关节机械手(4)、照明灯、CCD摄像头及水下辅助定位系统。
4.根据权利要求3所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的螺旋桨(2)的数量为六个。
5.根据权利要求1所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的带缆水下机器人(6)包括矢量布置的若干螺旋桨(2)、电动两自由度关节机械手(8)、照明灯、CCD摄像头及水下定位系统。
6.根据权利要求5所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的螺旋桨(2)的数量为四个。
7.根据权利要求1所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的柔性绑带为尼龙绑带(5)。
8.根据权利要求3或5所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的水下辅助定位系统为短基线水声定位系统。
9.根据权利要求3所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的吸附装置为真空吸盘或磁吸盘。
10.根据权利要求1所述的水下作业机器人定位系统，其特征在于：所述的水面控制台包括工控机、机械手作业控制面板，所述机械手作业控制面板用于控制机械手动作；所述工控机用于控制机器人移动。
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